JPH10189047A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

リチウムイオン二次電池

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JPH10189047A
JPH10189047A JP8351432A JP35143296A JPH10189047A JP H10189047 A JPH10189047 A JP H10189047A JP 8351432 A JP8351432 A JP 8351432A JP 35143296 A JP35143296 A JP 35143296A JP H10189047 A JPH10189047 A JP H10189047A
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JP
Japan
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solid electrolyte
negative electrode
positive electrode
electrode
lithium ion
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Pending
Application number
JP8351432A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Miyata
裕之 宮田
Takayuki Imai
隆之 今井
Takashi Edo
崇司 江戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極板面積を自由に設定することのできるリチ
ウムイオン二次電池を提供する。 【解決手段】 リチウムイオン二次電池の正極、負極の
少なくとも一方を、固体電解質溶液に浸漬、乾燥し、そ
の表面に固体電解質の膜を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池に関し、特に正極、負極の少なくとも一方の表面
に固体電解質の膜を形成させたリチウムイオン二次電池
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電池に使用されてきた電解質は、
溶媒中に電解質塩を溶解することにより得られる液状物
であった。例えば、ニッケル−カドミウム電池、リチウ
ムイオン電池などの電解質にも、これらの液体電解質が
用いられている。しかし、液体電解質を使用した電池か
らは、長期的には液体電解質が漏れだしてしまう恐れが
あり、信頼性に問題があった。この欠点を克服するた
め、近年、電池用の固体電解質の研究開発が行われてい
る。
【0003】その一環として、リチウムイオン二次電池
に使用できる固体電解質の開発が行われている。固体電
解質をリチウムイオン二次電池に使用する場合、固体電
解質を薄膜として、正極と負極の間に挟持させる。この
薄膜を得るために、固体電解質を揮発性溶媒に溶解し、
この溶液を適当な容器に注ぎ込み、乾燥させて膜状とす
るキャスティングという手法が用いられている。しか
し、この手法で安定して得られる薄膜は、面積にして約
100cm2以下、厚さにして約50μm以下と、限ら
れたものであり、特にこれを越える大きさの薄膜を安定
して得ることは難しい。従って、リチウムイオン二次電
池に固体電解質を用いる場合、正極および負極の面積を
固体電解質膜より大きくすることはできなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の点に鑑み、本発
明は、固体電解質膜の大きさに制限されず、正極および
負極の極板面積を自由に設定することのできるリチウム
イオン二次電池を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、リチウム
イオン二次電池の正極、負極の少なくとも一方を、固体
電解質溶液に浸漬、乾燥し、その表面に固体電解質の膜
を形成させることによって解決することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の内容について、図
面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形
態例の部分断面図を示したものであり、図中符号1は正
極、符号2は負極である。正極1および負極2はいずれ
も縦約5cm、横約20cmの可撓性を有する板状物で
あり、正極1および負極2の少なくとも一方の極板表面
に形成させた固体電解質膜3を間にはさんだ状態で重ね
られる。次に、正極1および負極2を重ねたまま、その
長手方向と直角な方向を軸に、ほぼ円筒状になるように
巻き取る。巻き取った正極1および負極2は、その状態
のまま負極缶4に納められる。次いで、正極1を正極端
子5に、負極2を負極缶4に、それぞれ電気的に接続
し、負極缶4を密閉することで、本発明のリチウムイオ
ン二次電池を得ることができる。
【0007】この正極1および負極2はともに、集電体
と呼ばれる金属と、活物質と呼ばれる起電反応に直接関
わる物質からなっている。集電体の形状は、薄板状また
は金属線を編み上げたネット状となっていることが多
い。また、正極1の集電体は正極端子5に、負極2の集
電体は負極缶4に、それぞれ電気的に接続されている。
本発明において好適に用いられる集電体の例としては、
正極用集電体としてアルミニウム、負極用集電体として
銅の組み合わせが挙げられる。この他にも、2種類のイ
オン化傾向の異なる金属のうち、イオン化傾向の大きい
金属を正極用集電体に、イオン化傾向の小さい金属を負
極用集電体に用いるという原則に従うことで、さまざま
な組み合わせの正極用、負極用集電体を例示することが
できる。正極用活物質としては、コバルト酸リチウム
(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMn
2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)などを、負
極用活物質としては、コークス、黒鉛、リチウムおよび
その合金などを例示することができる。
【0008】上記活物質は、粉末状を呈しているものが
多い。これら粉末状の活物質を集電体に付着させるに
は、例えば、以下のような手順を用いることにより行う
ことができる。すなわち、粉末状活物質に、フッ素系樹
脂などからなるバインダー(結合剤)および溶媒を加
え、これらを混ぜ合わせてペースト状とする。このペー
ストを集電体に塗布し、これを乾燥することで活物質を
集電体に付着させることができる。上記集電体と活物質
は、どのような形態で正極1および負極2を形成してい
てもよいが、例えば、集電体が薄板状であれば、その片
面、あるいは両面のほぼ全面にわたり、可能な限り均一
な厚さに活物質が付着していることが好ましい。
【0009】本発明において、固体電解質は、電池用電
解質として要求されるイオン伝導度を有しており、アセ
トニトリル、メタノールなどの揮発性溶媒で溶解するこ
とができるものであれば、既存のものを適宜使用するこ
とができる。固体電解質のイオン伝導度は、10-5ない
し102S/cmの範囲にあることが好ましい。本発明
に好適に使用される固体電解質として、例えば、ポリエ
チレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどの高
分子を主成分とする電解質、これらの電解質を架橋した
もの、共重合したもの、可塑剤によりゲル化したものな
どを挙げることができる。
【0010】固体電解質を溶解する際、溶液の濃度が濃
すぎると、極板浸漬時に、一度に大量の固体電解質が極
板表面に付着してしまい乾燥に時間がかかる、乾燥後の
膜の厚みにムラやばらつきがでる、などの問題が生じ
る。薄すぎる溶液では、一回の浸漬・乾燥で、極板表面
に付着させることのできる固体電解質の量が少なく、望
む厚さの固体電解質膜が得られるまで、何度も浸漬・乾
燥を繰り返す必要があるため、効率的でない。極板表面
に、浸漬・乾燥の一工程で形成させる固体電解質の膜の
厚さは、5μmから10μmの範囲にあることが好まし
い。そのため、固体電解質溶液は、固体電解質や溶媒の
種類により異なるが、その粘度が10から100センチ
ストークスの範囲にあることが好ましい。
【0011】極板を固体電解質溶液に浸漬しておく時間
は、極板の材質や固体電解質溶液の粘度などにより異な
るが、極板表面にまんべんなく固体電解質溶液が付着す
ればよい。固体電解質溶液に浸漬させ、取り出した極板
の乾燥は、常圧下で行っても、減圧下で行ってもよく、
極板や固体電解質に影響を与えない範囲であれば加熱下
で行っても差し支えない。また、極板の乾燥時間は、使
用溶媒や固体電解質溶液の粘度などにより異なるが、約
0.5時間以上とすることが好ましい。
【0012】極板表面に、どの程度の厚さの固体電解質
膜を形成させるかは、その固体電解質膜の持つイオン伝
導度、耐久性などの性質により変化する。膜が薄すぎる
と耐久性に乏しく、電池使用時に正極、負極間で短絡を
起こしやすくなる。膜が厚すぎれば、電池の厚みが増え
る、膜のイオン伝導性が悪くなる、などの問題が生じ
る。
【0013】上記の通り、極板表面に直接固体電解質膜
を付着させることで、これまでキャスティングにより得
ていた固体電解質膜と比較して、大きな面積を持つ固体
電解質膜を得ることができる。これにより、リチウムイ
オン二次電池の極板面積を、固体電解質膜の大きさに制
限されず自由に設定することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。
【0015】厚さ0.2mmのアルミ板および銅板を、
それぞれ図2(a)に示す形に切断し、アルミ板を正極
用集電体11、銅板を負極用集電体12とした。コバル
ト酸リチウム(LiCoO2)28gに、バインダーと
してポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を2g、
溶媒としてアセトニトリルを30ml加えて混ぜ合わ
せ、ペースト状の正極用活物質13を得た。また、黒鉛
28gにバインダーとしてPTFEを2g、溶媒として
アセトニトリルを30ml加えて混ぜ合わせ、ペースト
状の負極用活物質14を得た。正極用集電体11には正
極用活物質13を、負極用集電体12には負極用活物質
14を、それぞれ図2(b)に示す形になるように塗布
後乾燥し、それぞれの活物質の厚さが0.5mmになる
よう調整することで、正極、負極を得た。
【0016】過塩素酸リチウムとポリエチレンオキサイ
ドを、モル比1対16になるようにアセトニトリルに溶
解し、溶液の粘度を10センチストークスに調整した。
正極および負極の突出部以外の部分を、この溶液に5秒
間浸漬した後、溶液から取り出し、窒素雰囲気下、60
℃で24時間乾燥することで、それぞれの極板表面に固
体電解質の被膜を形成させた。この浸漬および乾燥操作
を1回だけ行ったものから、5回繰り返したものまで、
合計5種類の正極、負極を作成した。それぞれの極板に
ついて、付着している固体電解質膜15の厚さを、マイ
クロメータを用いて測定した。
【0017】次に、図3に示すような試験装置を作成し
た。すなわち、浸漬・乾燥工程数の等しい正極、負極を
ペアとし、活物質の付着している面を内側にして極板同
士を密着させた。さらに密着させた極板の外側から、万
力16で1kg/cm2の圧力を加えて正極、負極を固
定することで、固体電解質膜の浸漬・乾燥工程数の異な
る5種類のリチウムイオン二次電池を作成した。窒素雰
囲気下、各電池の正極、負極に、切り替えスイッチ1
7、17を介して、充電用の定電流電源18(10m
A)および放電用の定抵抗19(300Ω)を接続し
た。
【0018】得られた5種類のリチウムイオン二次電池
について、耐久力試験を行った。すなわち、充電用の定
電流電源18と接続することにより、充電16時間、放
電用の定抵抗19と接続することにより、放電8時間の
合計24時間を1サイクルとし、それぞれのリチウムイ
オン二次電池において、最高500サイクルまで充放電
を繰り返した。結果を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】浸漬・乾燥回数が1回および2回のリチウ
ムイオン二次電池は、数サイクルで極板間短絡を起こし
ていた。すなわち、過塩素酸リチウムとポリエチレンオ
キサイドからなる固体電解質膜において、正極活物質と
負極活物質に挟持されている膜の厚さが5μm前後の場
合には、二次電池としては使用できないことが分かる。
浸漬・乾燥回数が3回のリチウムイオン二次電池は、1
00サイクル終了時点では正常であったが、300サイ
クル終了時点では極板間短絡を起こしていた。すなわ
ち、該固体電解質膜において、正極活物質と負極活物質
に挟持されている膜の厚さが15μm前後の場合には、
二次電池として求められる耐久性に欠けることが分か
る。浸漬・乾燥回数が4回および5回のリチウムイオン
二次電池は、500サイクル終了後においても正常であ
った。すなわち、該固体電解質膜において、正極活物質
と負極活物質に挟持されている膜の厚さが22μm以上
の場合には、二次電池として使用に耐える性能を有して
いることが分かる。
【0021】
【発明の効果】上述のごとく、本発明のリチウムイオン
二次電池は、正極、負極の少なくとも一方を、固体電解
質溶液に浸漬、乾燥し、その表面に固体電解質の膜を形
成させたことを特徴とするものであって、固体電解質を
用いることにより、電池から電解質が漏れ出すことはな
い。極板を固体電解質溶液に浸漬、乾燥し、極板表面に
固体電解質の膜を形成させるので、極板の形状や大きさ
に関係なく、極板表面上に均質な固体電解質の薄膜を形
成させることができ、従来より大きな極板面積を持つリ
チウムイオン二次電池を得ることができる。また、極板
表面に固体電解質の薄膜を形成させる際、浸漬・乾燥工
程の回数を調整することにより、薄膜の厚さを調節する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態例を示す部分断面図。
【図2】 試験に使用した極板の概略図。
【図3】 試験に使用した実験装置の概略図。
【符号の説明】
1…正極、2…負極、3…固体電解質膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、負極の少なくとも一方を、固体電
    解質溶液に浸漬、乾燥し、その表面に固体電解質の膜を
    形成させたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
JP8351432A 1996-12-27 1996-12-27 リチウムイオン二次電池 Pending JPH10189047A (ja)

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JP8351432A JPH10189047A (ja) 1996-12-27 1996-12-27 リチウムイオン二次電池

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000033409A1 (fr) * 1998-12-03 2000-06-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Accumulateur au lithium
JP2001052745A (ja) * 1999-08-04 2001-02-23 Sony Corp 非水系ゲル2次電池とその製造方法
JP2001068165A (ja) * 1999-08-26 2001-03-16 Sony Corp 非水系ポリマ二次電池

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